好氧流化床廢水處理技術(shù)若干問(wèn)題探討

1、好氧流化床廢水處理技術(shù)若干問(wèn)題探討1 引言在廢水生物處理工藝中，生物流化床技術(shù)是一種新型的生物膜法工藝，是繼流化床技術(shù)在化工領(lǐng)域廣泛應(yīng)用后于 20 世紀(jì) 70 年代初發(fā)展起來(lái)的。 其載體在流化床內(nèi)呈流化狀態(tài)， 使固（生物膜） 、液（廢水） 、氣（空氣） 3 相之間得到充分接觸，顆粒之間劇烈碰撞，生物膜表面不斷更新，微生物始終處于生長(zhǎng)旺盛階段。該技術(shù)能使床內(nèi)保持高濃度的生物量，傳質(zhì)效率極高，從而使廢水的基質(zhì)降解速度快，水力停留時(shí)間短，運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷比一般活性污泥法高10 20 倍1 ，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。另外，流化床高徑比較大，反應(yīng)器占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，使它越來(lái)越受到水處理界的重視，許多國(guó)家都開(kāi)展了這方面

2、的研究工作。進(jìn)入 20 世紀(jì)80 90 年代以后，該研究領(lǐng)域十分活躍，本文僅對(duì)其技術(shù)問(wèn)題作若干探討。2 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與工藝好氧流化床的基本結(jié)構(gòu)形式主要有：圓筒式、錐筒式、導(dǎo)流筒式、逆導(dǎo)流筒式、側(cè)循環(huán)式、外循環(huán)式等。導(dǎo)流筒式流化床（或稱內(nèi)循環(huán)流化床）是一種很有前途的流化床技術(shù)，它在傳統(tǒng) 3 相流化床內(nèi)設(shè)置了導(dǎo)流筒，提高了反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)介質(zhì)的混合程度，近年來(lái)，有關(guān)這種流化床的研究較多。改造流化床結(jié)構(gòu)有提高反應(yīng)器操作能力的潛力。周平等2 對(duì)內(nèi)循環(huán)3 相生物流化床處理丙烯酸廢水進(jìn)行了研究，氧利用率可高達(dá) 17%。鄭禮勝等 3 人在利用好氧生物流化床處理生活污水的中試中，平均去除 COD容積負(fù)荷達(dá)10.4

3、kg/（m3.d ）。筆者對(duì)內(nèi)循環(huán)流化床結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)（稱為雙循環(huán)2 點(diǎn)布?xì)鈨?nèi)循環(huán)流化床反應(yīng)器），將其用于實(shí)際生活廢水的處理（已另文發(fā)表），取得了較好的效果。能在較低的氣水比情況下（4.8 6 ： 1），使COD平均去除容積負(fù)荷達(dá)14.76 15.09kg/ （m3.d ）。值得注意的是， 好氧流化床的出水水質(zhì)不如其它生物法。筆者認(rèn)為， 在進(jìn)一步挖掘該類反應(yīng)器能力的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合其它工藝，開(kāi)發(fā)一些組合工藝或復(fù)合結(jié)構(gòu)以提高出水水質(zhì)。欒金義等4開(kāi)發(fā)了一種具有全混合型和置換型疊加的復(fù)合生物流化床，兼有流化床處理負(fù)荷高與接觸氧化法出水水質(zhì)好的特點(diǎn)。華北工學(xué)院在復(fù)合生物流化床基礎(chǔ)上，研制了一種新型自充氧

4、內(nèi)循環(huán)3 相復(fù)合生物流化床反應(yīng)器5 ，除了具有優(yōu)良的自充氧特性外，兼有流化床處理效率高和接觸氧化濾床出水好、氣水比低、能耗小和適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)供氧、脫膜、床型構(gòu)造等方面的不同，生物好氧流化床可分為2 相和 3 相。其不同之處在于，前者在廢水進(jìn)入流化床之前先充氧（或空氣）進(jìn)行預(yù)曝氣，使廢水中含有足夠的氧氣，然后再進(jìn)入流化床，液固 2 相在床中充分混合接觸，進(jìn)行生化反應(yīng)。其優(yōu)點(diǎn)是能提高溶解氧濃度，提高反應(yīng)速度，但脫膜困難，需要脫膜裝置和充氧池，使投資成本增加。而3 相流化床則直接將空氣（或氧氣）、廢水同時(shí)泵入流化床，造成氣 - 液- 固 3 相在床中混合流動(dòng)并進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)。由于有氣體的直接

5、攪動(dòng)，脫膜容易、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便， 缺點(diǎn)是溶解氧的提高受生物膜承受水力剪切力的限制，過(guò)大的氣量會(huì)使載體的膜厚度大大減低，脫落的懸浮生物易隨出水流失，載體也有可能沖出反應(yīng)器。在選用反應(yīng)器時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際工況綜合考慮。3 載體的選擇在流化床中， 載體的合理選擇及其結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化， 是關(guān)系到反應(yīng)器快速啟動(dòng)和處理效果的關(guān)鍵因素之一。目前，在生物流化床中所采用的載體主要有：細(xì)砂、活性炭、焦炭、爐渣、玻璃珠、陶粒、多孔高分子顆粒等，而關(guān)于生物流化床處理技術(shù)中載體選用方面的研究目前尚欠深入。筆者認(rèn)為對(duì)載體的選用通常應(yīng)作如下幾方面的考慮：粒徑、密度、多孔特性、表面形狀、機(jī)械強(qiáng)度、親生物性、經(jīng)濟(jì)性。載體粒徑與比

6、表面積的大小有關(guān)， 粒徑愈小， 比表面積愈大。 多孔載體的比表面積比相同粒徑的實(shí)心載體大，比表面積大有利于介質(zhì)充分接觸。載體的流化動(dòng)力與載體密度有關(guān)，密度過(guò)大，所需動(dòng)力大，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用高；密度小、粒徑小、球形度好的載體，不但可以降低動(dòng)力，而且可以降低水力剪切力，有利于載體的掛膜， 但密度過(guò)小， 載體掛膜后易隨出水流失。 因此，載體的密度要適宜 （至少大于水的密度） 。內(nèi)部多孔、表面粗糙的載體除可增加比表面積外，還可固定更多的微生物，縮短啟動(dòng)時(shí)間，承受較大水力負(fù)荷的沖擊。另外，載體在流化床中處于劇烈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，為了防止載體破碎，要求載體有一定的機(jī)械強(qiáng)度。此外，載體的成本也應(yīng)考慮。在選用載體時(shí)應(yīng)結(jié)合

7、操作運(yùn)行，綜合考慮以上因素。聚丙烯酸酯多孔聚合物載體，具有多孔、低密度、表面粗糙度大、比表面積大、機(jī)械強(qiáng)度高、吸水好及親生物性好等特點(diǎn)6 。潘永亮等7 人將該載體用于好氧3 相生物流化床處理有機(jī)廢水的研究，結(jié)果表明3上。這種有機(jī)載體的推廣使用具有很好的發(fā)展前途。4 反應(yīng)器的啟動(dòng)反應(yīng)器的啟動(dòng)是穩(wěn)定操作的前提。 能否快速啟動(dòng)， 與載體上微生物固定的好壞有關(guān)。除了載體因素外，還與工藝操作條件有關(guān)。周平等 8 對(duì)好氧生物流化床載體掛膜特性進(jìn)行了研究，認(rèn)為較短的水力停留時(shí)間和較少的接種污泥量有利于流化床的快速啟動(dòng)掛膜。反應(yīng)器的啟動(dòng)就是讓微生物固定在載體上。而這種微生物與懸浮微生物相比，后者在生長(zhǎng)過(guò)程中更

8、有利，因?yàn)榍罢呤苌锬?nèi)傳質(zhì)阻力和底物擴(kuò)散限制的影響。較長(zhǎng)的水力停留時(shí)間不利于懸浮微生物的帶出，導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)這種微生物生長(zhǎng)旺盛；相反，水力停留時(shí)間短則有利于懸浮微生物沖出反應(yīng)器。另外，接種污泥量少，可以限制懸浮微生物的量，而有利于固定微生物的生長(zhǎng)。鄭禮勝等 3 人在利用好氧生物流化床處理生活污水的中試中，沒(méi)有投加接種污泥，經(jīng)過(guò)2周的連續(xù)運(yùn)行，成功地培養(yǎng)出生物膜。另外，空氣流量的大小對(duì)反應(yīng)器的啟動(dòng)也有很重要的影響。空氣流量過(guò)大，會(huì)產(chǎn)生較大的剪切力，對(duì)掛膜不利；空氣流量小，雖然對(duì)掛膜有利，但太小則不能保證反應(yīng)器內(nèi)的需氧要求。因此，合適氣量的選擇尤顯重要。污水水質(zhì)情況對(duì)反應(yīng)器的啟動(dòng)也有關(guān)系，好氧微生

9、物生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大致為：BOD:N:P=100:5:1 。生活污水基本能滿足微生物所需的各種元素，因而可以在較短時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)成功。工業(yè)廢水多缺乏某些元素，且含有毒物質(zhì)，常常需要較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)渡培養(yǎng)馴化，從而影響了反應(yīng)器的啟動(dòng)，如與生活污水混合處理，其效果會(huì)有所改善。pH 和水溫變化也將影響微生物的生長(zhǎng)，好氧生物的適宜pH 為 6.5 8.5 ，最佳溫度為20 30。5 操作條件對(duì)工藝穩(wěn)定性的影響在污水處理過(guò)程中，保持正常操作和維持穩(wěn)定出水水質(zhì)是比較重要的。由于好氧流化床內(nèi)的強(qiáng)烈混合作用以及微生物固定生長(zhǎng)的特點(diǎn)，它對(duì)沖擊負(fù)荷的適應(yīng)能力較強(qiáng)，當(dāng)出現(xiàn)沖擊負(fù)荷時(shí)，COD去除率開(kāi)始可能會(huì)下降，但很快就恢復(fù)正常，通常情況下不需要設(shè)調(diào)節(jié)池。對(duì)于一些水質(zhì)變化特別大的工業(yè)廢水（尤其含有毒物質(zhì)），反應(yīng)器前應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)池。對(duì)于進(jìn)水COD濃度出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間（2d 以上）高水平時(shí)，應(yīng)考慮適當(dāng)加大氣量供應(yīng)，以保證反應(yīng)器內(nèi)有足夠的氧。在設(shè)計(jì)時(shí)，空壓機(jī)的排量應(yīng)有適度的余量。當(dāng)反應(yīng)器運(yùn)行一段時(shí)間后， 3 相分離器中會(huì)沉積大量脫落的懸浮物，它不僅影響出水水質(zhì)，而且消耗氧，這樣導(dǎo)致生物膜所需溶氧不足。如果通過(guò)加大氣量的辦法提高氧濃度，則會(huì)導(dǎo)致生物膜厚度減薄，使反應(yīng)器內(nèi)的生物量減少，出水懸浮物濃度加大，甚至載體會(huì)沖出反應(yīng)器。因此，在操作中，應(yīng)定期排除懸浮物（污泥）以維持工藝的穩(wěn)定性。6 結(jié)語(yǔ)生物流化床作為一種新型水處理技術(shù)已顯